ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.11.2019
Просмотров: 7033
Скачиваний: 16
176
б
)
специализации
измерительных
устройств
(
так
,
например
,
в
электроэнцеллографах
используются
усилители
,
отличные
от
тех
,
что
используются
в
электрокардиографах
).
3.
Частотная
характеристика
усилителя
.
Частотные
искажения
и
их
предупреждение
Кроме
нелинейных
искажений
,
при
усилении
возможно
появление
ещё
одного
вида
искажений
–
так
называемых
частотных
(
линейных
)
искажений
.
Рассмотрим
причины
их
появления
.
Согласно
теореме
Фурье
,
любой
периодический
сигнал
можно
представить
как
сумму
гармонических
сигналов
(
синусоид
или
косинусоид
)
с
кратными
частотами
.
Идеальный
усилитель
будет
усиливать
сигналы
разных
частот
одинаково
,
т
.
е
.
его
коэффициент
усиления
не
будет
зависеть
от
частоты
.
Все
гармоники
будут
усилены
в
одинаковое
число
раз
,
и
их
сумма
даст
такой
же
по
форме
сигнал
,
что
и
на
входе
.
Таким
образом
,
идеальный
усилитель
не
исказит
форму
сигнала
.
В
реальном
же
усилителе
всегда
присутствуют
ёмкости
и
индуктивности
,
сопротивление
которых
зависит
от
частоты
.
Поэтому
в
реальном
усилителе
сигнал
на
разных
частотах
может
усиливаться
в
разное
число
раз
,
т
.
е
.
разные
гармоники
могут
усиливаться
по
-
разному
,
из
-
за
чего
после
прохождения
через
усилитель
форма
исходного
сигнала
будет
искажена
(
рисунок
82).
На
данном
рисунке
:
тонкая
сплошная
линия
–
сигнал
на
входе
усилителя
,
толстая
сплошная
–
на
выходе
,
пунктирными
линиями
изображены
гармоники
входного
сигнала
.
Рисунок
82.
Частотное
искажение
формы
сигнала
,
состоящего
из
двух
гармоник
177
Зависимость
коэффициента
усиления
от
частоты
называется
частотной
характеристикой
усилителя
:
)
(
f
k
v
.
Доказано
,
что
в
случае
,
если
частотная
характеристика
меняется
в
некотором
диапазоне
частот
не
более
чем
на
29%,
то
искажения
сигнала
в
этом
диапазоне
будут
несущественными
,
и
ими
можно
пренебречь
.
Этот
диапазон
называется
полосой
пропускания
усилителя
.
Предупреждение
частотных
искажений
сигнала
достигается
за
счёт
:
1)
использования
фильтров
,
позволяющих
выделять
некоторый
диапазон
частот
(
ФНЧ
,
ПФ
,
ФВЧ
);
2)
специализации
измерительных
устройств
(
усилители
НЧ
сигналов
не
пригодны
для
усиления
ВЧ
сигналов
,
и
т
.
д
.).
4.
Многокаскадное
усиление
,
типы
связей
между
каскадами
Зачастую
усиления
одним
усилителем
недостаточно
,
поэтому
в
таких
случаях
усилители
соединяют
последовательно
,
и
они
образуют
так
называемый
усилительный
каскад
.
Каждый
усилитель
в
таком
случае
будет
называться
каскадом
.
Общий
коэффициент
усиления
усилительного
каскада
будет
равен
произведению
коэффициентов
усиления
его
каскадов
.
Например
,
если
усилительный
каскад
состоит
из
двух
усилителей
с
коэффициентами
усиления
10
1
k
и
20
2
k
,
его
коэффициент
усиления
будет
равен
200
20
10
2
1
k
k
k
.
Выделяют
следующие
типы
связи
между
каскадами
:
а
)
гальваническая
;
б
)
емкостная
;
в
)
индуктивная
(
трансформаторная
);
г
)
оптронная
;
д
)
комбинированная
(
реостатно
-
емкостная
).
5.
Обратная
связь
в
электронных
усилителях
Под
обратной
связью
в
усилителях
понимают
способ
функционирования
усилителя
,
при
котором
часть
сигнала
с
выхода
усилителя
передаётся
на
его
вход
.
178
Отношение
амплитуды
,
передаваемой
по
цепи
обратной
связи
на
вход
усилителя
,
к
выходной
амплитуде
сигнала
,
называется
коэффициентом
передачи
цепи
обратной
связи
:
вых
ос
U
U
.
По
сути
,
этот
коэффициент
показывает
,
какая
часть
выходного
сигнала
снимается
и
подаётся
обратно
на
вход
.
Отношение
амплитуды
выходного
сигнала
к
амплитуде
усиливаемого
сигнала
называется
коэффициентом
усиления
схемы
с
обратной
связью
:
U
U
k
вых
св
.
Отношение
амплитуды
сигнала
на
выходе
усилителя
к
амплитуде
сигнала
на
входе
усилителя
называется
коэффициентом
усиления
(
без
обратной
связи
)
:
вх
вых
U
U
k
.
В
случае
наличия
обратной
связи
амплитуды
сигналов
связаны
формулой
:
вх
ос
U
U
U
,
а
коэффициенты
соотношением
:
k
k
k
св
1
.
Рассмотрим
предельные
случаи
последней
формулы
:
а
)
0
, (
обратной
связи
нет
),
тогда
получаем
k
k
св
,
т
.
е
.
имеем
обычное
усиление
;
б
)
0
, (
сигнал
с
выхода
увеличивает
сигнал
на
входе
–
положительная
обратная
связь
),
k
k
св
,
т
.
е
.
за
счёт
обратной
связи
можно
получить
прирост
коэффициента
усиления
.
в
)
0
, (
сигнал
с
выхода
увеличивает
сигнал
на
входе
–
отрицательная
обратная
связь
),
k
k
св
,
т
.
е
.
за
счёт
обратной
связи
уменьшается
коэффициент
усиления
.
Для
схемы
с
отрицательной
обратной
связью
относительное
изменение
коэффициента
усиления
схемы
с
отрицательной
179
связью
и
относительное
изменение
коэффициента
усиления
связаны
формулой
:
k
k
k
k
k
св
св
1
1
,
так
как
0
,
то
k
k
k
k
св
св
.
То
есть
,
если
в
силу
каких
-
то
причин
коэффициент
усиления
меняется
,
то
для
схемы
с
обратной
связью
это
изменение
коэффициента
усиления
не
будет
значительным
.
Такие
схемы
отличаются
большей
стабильностью
в
работе
,
менее
подвержены
внешним
воздействиям
и
помехам
.
6.
Дифференциальный
усилитель
.
Повторитель
Входное
сопротивление
усилителя
,
охваченного
обратной
связью
,
определяется
по
формуле
:
)
1
(
.
k
R
R
вх
ос
вх
.
При
отрицательной
обратной
связи
входное
сопротивление
усилителя
увеличивается
,
т
.
е
.
вх
ос
вх
R
R
.
.
При
полной
обратной
связи
(
1
)
входное
сопротивление
и
коэффициент
усиления
схемы
с
ООС
будут
равны
:
)
1
(
.
k
R
R
вх
ос
вх
,
1
1
k
k
k
св
,
при
1
k
.
Выходное
напряжение
в
этом
случае
будет
равно
U
U
k
U
св
вых
.
То
есть
,
на
выходе
повторяется
входное
напряжение
.
Усилитель
,
охваченный
стопроцентной
отрицательной
обратной
связью
,
называется
повторителем
(
напряжения
)
.
При
больших
значениях
коэффициента
усиления
k
будет
справедливо
неравенство
вх
ос
вх
R
R
.
.
Большое
входное
сопротивление
и
стабильность
в
работе
повторителя
позволяет
использовать
его
для
согласования
сопротивлений
между
биологической
системой
и
усилительным
каскадом
.
В
таком
случае
повторитель
называют
предусилителем
.
Для
усиления
слабых
биологических
низкочастотных
потенциалов
требуются
усилители
с
большим
коэффициентом
усиления
.
Многокаскадные
усилители
,
дающие
большие
коэффициенты
усиления
,
нестабильны
в
работе
,
усиливают
спонтанно
возникающие
шумы
,
чувствительны
к
внешним
180
наводкам
,
перепадам
температуры
,
износу
элементов
и
т
.
д
.
Одним
из
способов
усиления
низкочастотных
сигналов
в
таком
случае
является
использование
так
называемых
дифференциальных
усилителей
.
Особенностью
конструкции
такого
усилителя
является
использование
в
ней
двух
одинаковых
транзисторов
,
при
этом
усилитель
усиливает
лишь
разницу
напряжений
между
этими
транзисторами
(
отсюда
и
название
).